Passive neutron albedo reactivity assay of spent nuclear fuel
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-08-20
Department
Major/Subject
Engineering Physics
Mcode
SCI3056
Degree programme
Master’s Programme in Engineering Physics
Language
en
Pages
51 + 4
Series
Abstract
Finland is going to begin the disposal of spent nuclear fuel as the first country in the world. The disposal is expected to begin in mid-2020's. As the process is meant to be permanent, verifying the operator's declaration of each fuel assembly prior disposal is important for nuclear safeguards. At the same time, the integrity of the fuel being disposed will get verified. The verification of each assembly is planned to be performed with a system, which combines Passive Gamma Emission Tomography (PGET), Passive Neutron Albedo Reactivity (PNAR) and a load cell. The design of the verification system is part of the national safeguards concept for safeguarding disposal of spent nuclear fuel, developed by Finnish Radiation and Nuclear Safety Authority (STUK). PGET is already used in safeguards measurements, but PNAR technology is still under development. PNAR assay is based on two relative neutron flux measurements, in which neutron albedo is minimized and maximized. Based on the ratio of the two measurements, neutron multiplication in spent nuclear fuel can be measured. STUK is building a PNAR prototype instrument to test the concept in spent nuclear fuel measurements. This thesis introduces previous PNAR research and describes the PNAR method and the design of the prototype currently being built. A mock-up PNAR detector pod was built to test the detector behaviour in laboratory conditions. Based on the mock-up measurements, no reason to change the prototype design before the real fuel measurements was found.Ensi vuosikymmenennellä on Suomessa tarkoitus aloittaa käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus ensimmäisenä maailmassa. Loppusijoitus on tarkoitettu pysyväksi ratkaisuksi, joten ydinmateriaalivalvonnan kannalta on tärkeää varmistua polttoainenippujen eheydestä ja siitä, että nippukohtaiset dokumentaatiot ovat paikkaansa pitäviä. Tätä varten Säteilyturvakeskus (STUK) on kehittänyt kansallisen ydinmateriaalivalvontakonseptin loppusijoitusta varten. Yhtenä periaattena on, että jokainen polttoainenippu verifioidaan ennen loppusijoitusta. Verifiointi on tarkoitus tehdä laitteistolla, jossa yhdistyy passiivinen gammaemissiotomografi (PGET), passiiviseen neutronialbedoreaktiivisuuteen perustuva mittalaite (PNAR), sekä vaaka. PGET:a käytetään jo ydinmateriaalivalvontamittauksissa, mutta PNAR-tekniikkaa on vielä tutkittava lisää, jotta se voidaan hyväksyä lopulliseen verifiointilaitteistoon. PNAR-laite perustuu kahteen suhteelliseen neutronivuomittaukseen, joissa minimoidaan ja maksimoidaan neutronialbedo. Näiden kahden mittauksen perusteella voidaan mitata käytetyssä ydinpolttoaineessa tapahtuvaa neutronien moninkertaistumista. Tässä diplomityössä esitellään aikaisempaa PNAR-tutkimusta sekä kuvaillaan STUKissa kehitteillä olevan PNAR-prototyypin toimintaperiaate ja rakenne. PNAR-laitteen teknologiaa testattiin laboratorio-olsuhteissa 1:1 valmistetun mallikappaleen avulla. Laboratoriotestien perusteella detektori toimii kuten odotettu ja mitään syytä muuttaa prototyypin rakennetta ei löytynyt. Seuraavaksi prototyyppiä on tarkoitus testata oikeilla polttoainenipuilla.Description
Supervisor
Tuomisto, FilipThesis advisor
Honkamaa, TapaniKeywords
PNAR, non-destructive assay, nuclear safeguards, nuclear fuel disposal